sg3525斩控式单相交流调压电路课程设计(编辑修改稿)

sg3525斩控式单相交流调压电路课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

（ V1 或 V2）导通时间为 ton， 开关周期为 T，则导通比a=ton/T。 和直流斩波电路一样，也可以通过改变 a 来调节输出电压。 图 5给出了电阻性负载时负载电压 u0和电源电流 i1(也就是负载电流 )图 斩控式交流调压电路 6 的波形。 可以看出，电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即位移因数为 1。 另外，通过傅里叶分析可知，电源电流中不含低次谐波，只含和开关周期 T 有关的 高次谐波。 这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。 这时电路的功率因数接近 1。 本次课程设计所用的斩控式单相交流调压电路的结构框图如图 6 所示，首先是交流输入电压为 220V，经滤波后用全控型开关器件进行斩波，输出电压为 0～ 100 V，然后在其输出取样电流，进行过压检测保护。 时钟震荡器及脉宽 PWM 调制均由芯片形成控制部分。 交流斩波调压的基本原理 交流斩波调压的原理波形如图 所示。 由图可知，它是用一组频率恒定、占空比可调的脉冲，对正弦波电压进行调制后，得到边缘为正弦波、占空比可调的电压波形。 该电 压的调制频率 f0，其基本谐波频率为土 50Hz。 改变占空比，即可改变输出电压。 利用具有自关断能力的电力半导体器件就可方便地构成交流斩波调压电路。 图 6 电路的结构框图 7 图 交流斩波调压的原理波形图 8 第 3 章 主电路设计与分析 主要技术条件及要求 斩波控制要求以比电源频率高得多的频率周期性接通和断开主电路开关器件，把连续的正弦输入电压“斩”成离散的脉冲状加于负载。 由于开关器件以高频工作，在电路中必须实施强迫换流。 为此斩波控制的交流调压都是采用全控型双向开关器件。 所以设计主电路采用的是 MOSFET 新型的全控型器件，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关的速度快，工作的频率高，符合设计的要求。 开关器件的选择 由于斩波调压电路一般采用全控型器件作为开关器件，典型的全控型开关器件有，门极可关断晶闸管 （ GTO）、电力晶体管 （ GTR） 、电力场效应 晶体管 （ MOSFET） 及绝缘栅双极晶体管 （ IGBT） 等。 由于 MOSFET的开关时间在 10~100ns 之间，其工作频率可达 100KHz 以上，是主要电力电子器件中最高的，而且它的驱动电路简单，需要的驱动功率小，所以这次课程设计决定用 MOSFET 来做开关器件。 主电路计算及元器件参数选型 开关管选用 VMOSFET。 它是继 MOSFET 之后新发展起来的高效、功率开关器件。 它不仅继承了 MOS 场效应管输入阻抗高（ ≥108W）、驱动电流小（左右 ）， 还具有耐压高（最高可耐压 1200V）、工作电流 大（ ～ 100A）、输出功率高（ 1～ 250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性 因为功率因数指电压与电流的相位之间的关系，则由波形可以看出，电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即位移因数为 1。 另外，通 9 过傅里叶分析可知，电源电流不含低次谐波，只含和开关周期 T 有关的高次谐波。 这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。 这时电路功率因数接近1。 因为输入电压为 220V 的交流电，选用耐压值为 500V 的开关管IRFP450LC，二极管采用快速恢复二极管， C1 取 ,其余的选用 uF,电感 ,电阻未 定。 主电路结构设计 在考虑到减少电路误差的情况下，我们采用了如图 所示的主电路，主回路由 Ql— Q3 三个 VMOS 管 和 D1— D3 三个二极管 组成的全控整流电路实现对交流输入电压的斩波调压。 当交流输入电压在正半周时，电流流经 VD Q VD3；当交流输入处于负半周时，电流流经 VD Q VD4；Q3 始终处于正向电压作用下，当在 Q3 源栅极之间加入触发信号时， Q3处于开关状态。 调整加在栅极上的脉冲宽度即可调节输出电压的大小。 由于 Q3 处于开关状态，且 VMOS 管具有很小的关断时间，只要适当选择较低的饱和 压降， Q3 的功耗可以做得很小，所以该斩波调压具有较高的效率。 考虑到负载可能为感性的，加了由 Q Q2 及 D D2 组成的续流环节。 当 Q3 关断时，在电压处于正半周时， Q2 导通， Q1 关断，流经负载的电流通过 Q D1 续流。 在电压负半周 ， Q1 导通， Q2 关断，流经负载的电流通过 Q D2 续流。 为防止 Q Q Q3 同时导通而引起较大的短路电流，对加在 Q1 和 Q2 上的触发信号有一定要求，这在过零触发电路中讨论。 图中 L C1 为电源滤波网，以吸收瞬态过程中的过电压，并减少对外线路的干扰。 L C2 为输出滤波环节，由于本 机调制频率取得较高，所以 L2 和 C2 只需很小值即可。 其中每个 VMOS 管都有保护装置如图所示。 10 图 主电路图 其中 Q3 的 PWM 波控制由 PWM 波发生器通过对给定的调整产生，输出占空比一定的 PWM 波。 主电路保护设计 在主电路上有一个线圈 KM 的常闭触点， 在电路的输出端用一变压器进行降压然后再用整流桥进行整流使之变成直流电，输出电压与比较器上设定的正 5 伏电压相比较，如果电路出现了过电压的现象，输出电压就会高于设定值，比较器就会输出电压，使三极管导通，这样就会使线圈 KM 的保护电路接通， 线圈就会被通电， KM 在主电路的常闭触点就会断开，从而达到保护主电路的作用。 图 主电路保护电路 11 第 4 章 单元控制电路设计 主控制芯片的详细说明及介绍 芯片的选择 本次课程设计由芯片 SG3525 产生脉冲，来控制 MOSFET 来实现斩波调压，它具有管脚数量少，外围电路简单等特点，因而得到了广泛的应用。 芯片的详细介绍 SG3525 的内部结构如图 61 所示， 它主要由基准电压调整器、震荡器、误差放大器、比较器、锁存器、欠压锁定电路、闭锁控制电路、软启动电路、输出电路构成。 SG3525A系列脉 宽调制器控制电路可以改进为各种类型的开关电源的控制性能和使用较少的外部零件。 在芯片上的 基准电压调定在177。 1％，误差放大器有一个输入共模电压范围。 它包括基准电压，这样就不需要外接图 61 SG2535 内部框图 12 的分压电阻器了。 一个到振荡器的同步输入可以使多个单元成为从电路或一个单元和外部系统时钟同步。 在 CT和放电脚之间用单个电阻器连接即可对死区时间进行大范围的编程。 在这些器件内部还有软起动电路，它只需要一个外部的定时电容器。 一只断路脚同时。